מאת TPS • 19 בנובמבר 2025
ירושלים, 19 בנובמבר 2025 (TPS-IL) — מחקר ישראלי חדש מצביע על כך שאור יכול להשפיע ישירות על חומרים בשדה מגנטי בדרכים שמדענים התעלמו מהן במשך זמן רב, ממצא שעשוי להשפיע על טכנולוגיות מתקשורת סיבים אופטיים ועד למחשוב מתקדם, כך הודיעה היום (רביעי) האוניברסיטה העברית בירושלים. שירות העיתונות של ישראל שוחח עם החוקר הראשי של המחקר, ד"ר אמיר קפואה, והפרופסור גדי אייזנשטיין, מומחה חיצוני, על השלכות המחקר.
הממצאים עשויים להשפיע על טכנולוגיות התלויות בשליטה מדויקת באור. רשתות סיבים אופטיים ולייזרים עשויים לראות שיפור במהירות האות ובאמינותו, בעוד שספינטרוניקה עשויה להשתמש בהשפעה המגנטית של האור כדי לתפעל ספינים של אלקטרונים בצורה יעילה יותר. המחקר עשוי גם לשפר חיישנים של שדות מגנטיים ומכשירים מדויקים אחרים. המחקר מצביע גם על התקדמות עתידית בטכנולוגיות קוונטיות ובמחקר חומרים.
במשך כמעט מאתיים שנה, מדענים האמינו שהם מבינים אחת מהאינטראקציות הפשוטות ביותר בפיזיקה: מה קורה כאשר אור עובר דרך חומר המוצב בתוך שדה מגנטי. אפקט זה, שהתגלה בשנת 1845 על ידי המדען האנגלי מייקל פאראדיי, הפך לאבן יסוד באופטיקה, נלמד באופן נרחב ומשמש בטכנולוגיות רבות.
המחקר החדש, שפורסם בכתב העת המדעי המוערך Nature’s Scientific Reports, מציע שהבנה זו, שנשמרה לאורך זמן, עשויה להיות לא שלמה. החוקרים מדווחים כי השדה המגנטי של האור – שנחשב במשך זמן רב לחלש מכדי להיות משמעותי – ממלא תפקיד ישיר ומדיד. ניתוחם מצביע על כך שהאור לא רק מאיר את החומר; הוא יכול להפעיל עליו השפעה מגנטית.
במילים פשוטות, כאשר אור עובר דרך חומרים מסוימים בשדה מגנטי, כיוונו – קיטובו – מסתובב. הדבר מושווה לעיתים קרובות להקרנת אלומת אור דרך פיסת זכוכית שמסובבת את האור לאט כשהוא יוצא. במשך דורות, מדענים ייחסו סיבוב זה אך ורק לאינטראקציה בין השדה החשמלי של האור לבין מטענים חשמליים בחומר. הרכיב המגנטי, שנחשב חלש יותר, נדחה ברובו.
"זה נחשב כמו רעשי רקע", אמר ד"ר קפואה, מהמכון להנדסת חשמל ופיזיקה יישומית באוניברסיטה העברית, ל-TPS-IL. הוא הוביל את המחקר יחד עם סטודנט לדוקטורט, בנג'מין אסולין.
ממצאיהם מציירים תמונה שונה. באמצעות חישובי דינמיקת ספין מתקדמים – משוואות המתארות את תנועתם של רגעים מגנטיים זעירים בתוך חומרים – הצוות הראה שהשדה המגנטי של האור יכול לפעול על רגעים אלו כמו מגנט חיצוני. למעשה, האור מתנהג כשדה מגנטי מתנודד במהירות.
"מתברר שהשדה המגנטי באור אינו פסיבי כלל", הסביר ד"ר קפואה ל-TPS-IL. "הוא תורם ישירות לאפקט פאראדיי – ובמקרים מסוימים באופן משמעותי למדי".
החוקרים בחנו את האפקט ב-TGG, גביש המשמש באופן נפוץ במכשירים אופטיים. חישוביהם מצביעים על כך שאורכי גל נראים, השדה המגנטי של האור אחראי לכ-17% מהאפקט. בתחום האינפרה-אדום, נתון זה עולה לכ-70%. עבור תהליך שבעבר נחשב לחשמלי לחלוטין, המספרים מצדיקים בדיקה מעמיקה יותר. TGG, או טרביום גליום גרנט, הוא גביש המשמש באופן נרחב בתקשורת ובמערכות סיבים אופטיים מכיוון שהוא מסובב ביעילות את קיטוב האור, מה שהופך אותו לאידיאלי לשליטה באותות בלייזרים, מבודדים ומכשירים אופטיים אחרים.
בעוד שהעבודה נותרת תיאורטית, ההשלכות עשויות להיות רחבות. האפקט משחק תפקיד בתקשורת סיבים אופטיים, לייזרים, חיישנים וכלי מדידה של שדות מגנטיים. אם הרכיב המגנטי של האור משפיע על חומרים באופן חזק יותר מהמשוער, מכשירים אופטיים עתידיים עשויים לפעול על עקרונות שונים או בדיוק משופר.
ספינטרוניקה, המשתמשת בספינים של אלקטרונים ולא במטען לאחסון ועיבוד מידע, עשויה להרוויח משליטה מהירה ויעילה יותר. "מה שהתגלית הזו מציעה הוא שניתן לשלוט במידע מגנטי ישירות באמצעות אור", אמר אסולין.
אור עשוי לשלוט בצורה מדויקת יותר בקוונטים-ביטים מבוססי ספין, לשפר מחשוב וחישה קוונטיים, בעוד שהשפעתו המגנטית על חומרים עשויה לעורר מכשירים אופטיים חדשים וחומרים מהונדסים.
הפרופסור גדי אייזנשטיין מהמחלקה להנדסת חשמל ומחשבים בטכניון – מכון טכנולוגי לישראל, שלא היה מעורב במחקר, אמר ל-TPS-IL שהעבודה מעלה שאלות חשובות. "זהו מחקר ראוי לציון. אף אחד לא ניגש אליו בצורה כזו. יש יישומים פוטנציאליים במחקר חומרים, גלאים, הדמיה, מכשירי תקשורת. ההיקף רחב. יהיה מעניין לראות כיצד זה יתפתח".
אם אור יכול לפעול כמגנט – אפילו באופן עדין – הדבר עשוי להצביע על אינטראקציות נוספות בין אור לחומר שטרם נחקרו. "אור הוא אחד הכלים הבסיסיים ביותר שיש לנו", אמר ד"ר קפואה ל-TPS-IL. "ההבנה שהוא יכול להשפיע מגנטית על חומר בדרכים שלא לקחנו בחשבון מרמזת שיש עוד מה לגלות".